本發(fā)明保密通信，具體為基于量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的保密通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展中，保密通信作為信息安全領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié)，其重要性日益凸顯，隨著金融、軍事、醫(yī)療領(lǐng)域?qū)π畔踩枨蟮牟粩嗵嵘?，開發(fā)一種高效、可靠的保密通信系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急，傳統(tǒng)的加密方法，如對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密，雖然在一定程度上能夠保障通信安全，但面對(duì)日益復(fù)雜的攻擊手段和不斷提高的計(jì)算能力，其安全性正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此，探索新型加密技術(shù)，以應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的信息安全威脅，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

2、傳統(tǒng)保密通信技術(shù)主要依賴于復(fù)雜的算法和密鑰管理策略，然而，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多不足之處，一方面，傳統(tǒng)加密算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，導(dǎo)致通信效率下降，另一方面，密鑰的管理和分發(fā)過程容易成為安全漏洞，一旦被破解，整個(gè)通信系統(tǒng)的安全性將受到嚴(yán)重威脅，此外，傳統(tǒng)保密通信技術(shù)往往難以應(yīng)對(duì)新型攻擊手段，其長期安全性存疑。

3、因此，開發(fā)基于量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的保密通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于金融交易、軍事通信、醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸敏感領(lǐng)域，為信息安全提供了強(qiáng)有力的保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的保密通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了混沌加密與量子計(jì)算的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸?shù)母咝ПＣ埽ㄟ^lorenz混沌系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行加密，結(jié)合量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的核心解密技術(shù)，不僅提升了信息傳輸?shù)陌踩?，還確保了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供如下技術(shù)方案：基于量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的保密通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)送端模塊、接收端模塊以及系統(tǒng)監(jiān)控與管理模塊；

3、所述發(fā)送端模塊包括信號(hào)源預(yù)處理單元和混沌加密單元；所述信號(hào)源預(yù)處理單元根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景生成原始信號(hào)序列，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換與編碼預(yù)處理操作，同時(shí)記錄信號(hào)關(guān)鍵特征及參數(shù)信息；所述混沌加密單元包括混沌系統(tǒng)配置子單元和加密執(zhí)行子單元；所述混沌系統(tǒng)配置子單元選擇lorenz混沌系統(tǒng)將所傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)化成混沌載波信號(hào)，并借助密碼學(xué)算法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行加密；所述加密執(zhí)行子單元將生成混沌載波信號(hào)后與原始信號(hào)疊加成加密信號(hào)，并對(duì)加密全程嚴(yán)密監(jiān)測(cè)信號(hào)指標(biāo)，一旦出現(xiàn)異常迅速處理和預(yù)警，同步，將加密信號(hào)經(jīng)信道發(fā)往接收端；

4、所述接收端模塊包括量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)核心單元和信號(hào)解密與后處理單元；所述量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)核心單元包括變分量子線路vqc集成子單元和訓(xùn)練與優(yōu)化子單元，其中變分量子線路vqc集成子單元利用vqc構(gòu)建qrc網(wǎng)絡(luò)；其中訓(xùn)練與優(yōu)化子單元接收加密信號(hào)和混沌載波進(jìn)行分組，運(yùn)用貝葉斯優(yōu)化算法基于高斯過程構(gòu)建模型并迭代篩選評(píng)估點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)全局優(yōu)化；所述信號(hào)解密與后處理單元利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)混沌載波，從加密信號(hào)中減去所獲取到的目標(biāo)信號(hào)完成解密，檢查完整性，有問題啟動(dòng)糾錯(cuò)機(jī)制，將信號(hào)還原為原始格式傳至后續(xù)應(yīng)用系統(tǒng)或用戶終端；

5、所述系統(tǒng)監(jiān)控與管理模塊包括性能監(jiān)測(cè)與評(píng)估子模塊和參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化子模塊；所述性能監(jiān)測(cè)與評(píng)估子模塊在系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)送端和接收端的信號(hào)強(qiáng)度、信噪比的性能指標(biāo)，定期全面評(píng)估并分析變化趨勢(shì)與潛在問題，生成報(bào)告為優(yōu)化提供數(shù)據(jù)；所述參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化子模塊根據(jù)監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果，對(duì)混沌系統(tǒng)、量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)及通信信道的參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

6、進(jìn)一步地，所述發(fā)送端模塊中的lorenz混沌系統(tǒng)對(duì)傳輸信息進(jìn)行加密，其方程為：，，，，其中是系統(tǒng)的狀態(tài)變量，、、是系統(tǒng)的參數(shù)，、、分別表示對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，是輸出變量，是時(shí)間的函數(shù)，是常數(shù)，是輸入變量，是時(shí)間的函數(shù)，在設(shè)定參數(shù)過程中，利用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法aes生成強(qiáng)密鑰，對(duì)參數(shù)進(jìn)行加密處理，設(shè)加密后的參數(shù)為，則，，，同時(shí)，對(duì)于初值，也采用相同的密鑰進(jìn)行加密。

7、更進(jìn)一步地，所述發(fā)送端模塊中使用混沌掩蓋的方式將混沌載波以一定掩蓋系數(shù)與傳輸序列疊加，掩蓋系數(shù)α表達(dá)式為：，其中，代表信息m(t)的峰峰值，代表混沌載波x(t)的峰峰值。

8、更進(jìn)一步地，所述發(fā)送端模塊中加密信號(hào)的生成，公式為：，其中表示原始信號(hào)序列，表示混沌載波信號(hào)，在加密過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅度，公式為：，其中為三維信號(hào)，設(shè)定幅度閾值范圍，或，調(diào)整混沌系統(tǒng)參數(shù)或?qū)υ夹盘?hào)進(jìn)行重新處理，重新生成混沌載波并進(jìn)行疊加加密。

9、更進(jìn)一步地，所述接收端模塊中qrc網(wǎng)絡(luò)，其中qrc網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)編碼和層變分層組成，數(shù)據(jù)編碼層由h門組成，通過h門對(duì)初始狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，對(duì)于輸入的量子比特態(tài)，當(dāng)通過h門，依據(jù)h門的變換規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為疊加態(tài)，公式為：；變分層由多個(gè)cnot門和r門組成，其中cnot門依據(jù)其控制規(guī)則對(duì)相鄰量子比特進(jìn)行操作，對(duì)于兩個(gè)量子比特和，控制比特為，則cnot門作用后狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其矩陣表示為，實(shí)現(xiàn)量子比特間的信息傳遞和糾纏，其中ry門通過控制旋轉(zhuǎn)角度對(duì)量子比特繞y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，其矩陣表示為：。

10、更進(jìn)一步地，所述接收端模塊中將貝葉斯優(yōu)化算法基于高斯過程構(gòu)建模型并迭代篩選評(píng)估點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化的具體步驟為：

11、（1）數(shù)據(jù)分組：接收加密信號(hào)和混沌載波，對(duì)其進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)分組，設(shè)接收到的n組信號(hào)，n為總組數(shù)，將前組作為訓(xùn)練集，中間組作為測(cè)試集，最后組作為驗(yàn)證集，且；

12、（2）構(gòu)建高斯過程模型：

13、定義輸入空間和輸出空間：輸入空間，其中是加密信號(hào)和混沌載波在不同時(shí)間點(diǎn)或不同特征下的取值組合，，表示第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出空間，是與輸入相關(guān)的目標(biāo)值；

14、確定高斯過程表示：高斯過程表示為：，其中是均值函數(shù)，是協(xié)方差函數(shù)，公式為：，是信號(hào)方差，是長度尺度參數(shù)，表示兩點(diǎn)之間的距離；

15、（3）基于貝葉斯推斷預(yù)測(cè)新輸入點(diǎn)的輸出：給定訓(xùn)練集數(shù)據(jù)，對(duì)于新的輸入點(diǎn)，預(yù)測(cè)其輸出，根據(jù)公式計(jì)算判斷預(yù)測(cè)結(jié)果，公式為：，其中為均值，為方差，計(jì)算公式為：，，是觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的協(xié)方差矩陣，元素，，是觀測(cè)噪聲的方差，是單位矩陣，是新輸入點(diǎn)與訓(xùn)練集中所有點(diǎn)的協(xié)方差向量，其元素，，是新輸入點(diǎn)自身的協(xié)方差；

16、(4)迭代篩選評(píng)估點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)全局優(yōu)化：初始化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，通過基于采集函數(shù)從參數(shù)空間選評(píng)估點(diǎn)，將其參數(shù)設(shè)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)，用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)經(jīng)高斯過程模型預(yù)測(cè)計(jì)算輸出，根據(jù)與實(shí)際目標(biāo)值差異算損失函數(shù)值來更新模型，重復(fù)至達(dá)到最大迭代次數(shù)；

17、(5)驗(yàn)證與應(yīng)用：利用驗(yàn)證集數(shù)據(jù)驗(yàn)證優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算性能指標(biāo)評(píng)估效果，將優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景，處理新數(shù)據(jù)。

18、更進(jìn)一步地，所述接收端模塊中目標(biāo)信號(hào)的解密，利用訓(xùn)練好的量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)混沌載波，將接收到的加密信號(hào)輸入到量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的前向傳播計(jì)算設(shè)量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的輸出函數(shù)為，其中為訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)預(yù)測(cè)的混沌載波，從接收到的加密信號(hào)中減去得到目標(biāo)信號(hào)完成解密，公式為：。

19、更進(jìn)一步地，所述接收端模塊中接收端解密后的混沌系統(tǒng)方程，設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)變量為，表達(dá)方程為：，，，，其中是輸出變量，是時(shí)間的函數(shù)，是輸入變量，是時(shí)間的函數(shù)，是系統(tǒng)的參數(shù)。

20、更進(jìn)一步地，所述接收端模塊中完整性檢驗(yàn)，設(shè)原始數(shù)據(jù)為二進(jìn)制序列，其長度為位，生成多項(xiàng)式，公式為：，其中x是多項(xiàng)式的變量，?r表示多項(xiàng)式的次數(shù)，為二進(jìn)制系數(shù)，取值為0或1，在原始數(shù)據(jù)的末尾添加個(gè)0，得到新的數(shù)據(jù)序列，此時(shí)的長度為位，將當(dāng)作多項(xiàng)式，其系數(shù)為中的二進(jìn)制位，用除以生成多項(xiàng)式，進(jìn)行不考慮進(jìn)位和借位的二進(jìn)制除法運(yùn)算，得到的余數(shù)就是校驗(yàn)和，它是一個(gè)位的二進(jìn)制序列，將計(jì)算得到的校驗(yàn)和與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)和進(jìn)行比較，，說明在傳輸或存儲(chǔ)過程中沒有發(fā)生錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)是完整的，，則表明數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤或不完整。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該基于量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的保密通信系統(tǒng)具備如下有益效果：

22、一、本發(fā)明通過引入lorenz混沌系統(tǒng)與量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了保密通信系統(tǒng)的高效加密與解密，在發(fā)送端，利用lorenz混沌系統(tǒng)對(duì)傳輸信息進(jìn)行加密，并通過混沌掩蓋的方式將混沌載波與傳輸序列疊加，提高了信息的保密性，同時(shí)，通過量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)核心單元的訓(xùn)練與優(yōu)化，能夠精確預(yù)測(cè)混沌載波，從而實(shí)現(xiàn)加密信號(hào)的準(zhǔn)確解密，這種結(jié)合混沌理論與量子計(jì)算的方法，不僅增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的安全性，還提高了信息傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

23、二、本發(fā)明通過在接收端模塊中應(yīng)用貝葉斯優(yōu)化算法基于高斯過程構(gòu)建模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化，通過合理的數(shù)據(jù)分組、構(gòu)建高斯過程模型、基于貝葉斯推斷預(yù)測(cè)新輸入點(diǎn)的輸出以及迭代篩選評(píng)估點(diǎn)步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的精確調(diào)整，從而提高量子儲(chǔ)備池網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度和解密效果，不僅提高了通信系統(tǒng)的性能，還為后續(xù)的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更加可靠的技術(shù)支持。

24、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。